Bab 8 – DESAIN TEROWONGAN i
Daftar Isi
9. DESAIN TEROWONGAN ... 9-1 9.1. UMUM ... 9-1 9.2. PROSES PEMBUATAN DESAIN ... 9-2 9.3. TIPE TEROWONGAN ... 9-2 9.4. STRUKTUR BADAN TEROWONGAN ... 9-3 9.5. METODA PERHITUNGAN KESTABILAN ... 9-5 9.5.1. PARAMETER YANG DIGUNAKAN ... 9-6 9.5.2. CONTOH PERHITUNGAN 1 DI LOKASI BM 01... 9-6 9.5.3. PERHITUNGAN TULANGAN ... 9-15
Bab 8 – DESAIN TEROWONGAN ii
Daftar Gambar
Gambar 9.1 –Penampang Melintang Rencana Terowongan Baru ... 9-1 Gambar 9.2 – Rencna Alinyemen Horizontal & Vertikal Terowongan Baru ... 9-1 Gambar 9.3 – Dimensi Penampang Melintang Terowongan ... 9-3 Gambar 9.4 – Komponen Struktur Badan Terowongan ... 9-3 Gambar 9.5 – Pemasangan Jaring Kawat (Wire Mesh) ... 9-4 Gambar 9.6 – Konstruksi Penguat Profil Baja H-150 ... 9-4 Gambar 9.7 – Pemodelan Kondisi Awal Sebelum Penggalian Terowongan ... 9-6 Gambar 9.8 – Penggalian Tahap 1 : Bagian Atas ... 9-7 Gambar 9.9 – Pemasangan Shotcrete, Profil Baja dan Rock bolts Tahap 1 : Bagian Atas ... 9-7 Gambar 9.10 – Penggalian Tahap 2 : Bagian Bawah ... 9-8 Gambar 9.11 – Pemasangan Shotcrete, Profil Baja dan Rock bolts Tahap 2 : Bagian Bawah ... 9-8 Gambar 9.12 – Pemasangan Beton Lining... 9-9 Gambar 9.13 – Pembebanan Kereta Api ... 9-9 Gambar 9.14 – Faktor Keamanan Penggalian Tahap 1 = 1.191 ... 9-10 Gambar 9.15 – Faktor Keamanan Penggalian Tahap 2 = 1.700 ... 9-10 Gambar 9.16 – Faktor Keamanan Tahap Pemasangan Lining Akhir = 2.706 ... 9-11 Gambar 9.17 – Faktor Keamanan Kondisi Service (dengan pembebanan kereta api) = 19.83 .. 9-11 Gambar 9.18 – Total Displacemen pada tahap pembebanan (data BM 01) ... 9-12 Gambar 9.19 – Tekanan air pori pada terowongan (data BM 01) ... 9-12 Gambar 9.20 – Tekanan Efektif pada terowongan (data BM 01) ... 9-13 Gambar 9.21 – Total Displacement Lining pada terowongan (data BM 01) ... 9-13 Gambar 9.22 – Gaya Axial Lining pada terowongan (data BM 01) ... 9-14 Gambar 9.23 – Gaya Geser Lining pada terowongan (data BM 01) ... 9-14 Gambar 9.24 – Momen Lining pada terowongan (data BM 01) ... 9-15
Bab 8 – DESAIN TEROWONGAN iii
Daftar Tabel
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-1
9. DESAIN TEROWONGAN
9.1. UMUM
Sesuai dengan hasil kajian penentuan lay out jembatan dalam Laporan Antara, terowongan Sasaksaat yang baru didesaiin sebagai terowongan untuk dua jalur jalan rel dalam satu lubang dengan lebar bersih dasar terowongan 10,12 m, berlokasi di sebelah kiri dan dengan jarak 46,20 m dari as jalur terowongan eksisting (batas tanah milik kereta api disini adalah 60 m, jadi masih dalam tanah milik kereta api).
Gambar 9.1 –Penampang Melintang Rencana Terowongan Baru
Gambar 9.2 – Rencna Alinyemen Horizontal & Vertikal Terowongan Baru
620 KOP REL 66 1012 1088 460 Jalur evakuasi & inspeksi 90 215 215 90 1180 50 123 50 20 40 40 80 Saluran 40 x 80 cm
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-2 Panjang terowongan baru direncanakan memiliki panjang 995 m, mulai dari Portal 1 di sta.142+825. (mulut terowongan dari arah Maswati) sampai Portal 2 ((mulut terowongan dari arah Sasaksaat) di sta.143+820.
Alinyemen horizontal, dari rencana lokasi BH 501 dan BH 502 yang baru untuk jalur ganda, rencana jalur jalan rel baru lurus sampai sta. 142+732 lalu melengkung ke kiri dengan jari-jari = 200 m sampai sta. 142+961. Lurus sampai sta. 143+839, melengkung ke kiri dengan jari-jari = 200 m sampai sta. 144+079 lalu lurus memasuki jaringan emplasemen Sasaksaat lay out baru.
Alinyemen vertikal, dari arah BH 501 & BH 502, alinyemen vertikal naik dengan gradien 13.78 ‰ sampai sta. 143+056. Dari titik ini gradien berubah agak mendatar menjadi 2.49 ‰ sampai sta. 143+766, lalu mendatar dengan gradien 0.00 ‰.
9.2. PROSES PEMBUATAN DESAIN
Dalam pembutan desain terowongan Sasaksaat, setelah diperoleh data geologi dan geoteknik maka tahap awal adalah melakukan klasifikasi batuan/massa batuan dan menentukan sistim penyanggaan terowongan dan dengan mempertimbangkan tebal overburden maka ditentukan tipikal terowongan. Setelah tipikal terowongan ditentukan maka dilakukan perhitungan dengan metoda numerik 2 D dan 3 D sampai kestabilan penggalian terowongan tercapai.
9.3. TIPE TEROWONGAN
Secara umum ada 2 tipikal bentuk terowongan :
1) Bentuk bulat,2) Bentuk tapal kuda.
Pembuatan terowongan dengan bentuk bulat biasa dilakukan menggunakan Tunnel
Boring Machine atau biasa disebut TBM. Tetapi TBM hanya cocok digunakan ditanah atau
batuan lunak.
Berdasarkan hasil penyelidikan geoteknik, sepanjang jalur rencana terowongan
terdapat tiga jenis batuan yang harus ditembus yaitu Andesit, Batulumpur dan Batupasir
Tufaan, sehingga tipe terowongan yang cocok untuk lokasi ini adalah bentuk tapal kuda.
Jenis terowongan dipilih jenis New Austria Tunneling Method (NATM) karena metoda pelaksanaan yang lebih mudah dan penggunaan mesin yang lebih sedikit (Khan, 2011).Dimensi profil melintang terowongan adalah sebagai berikut (Gambar 8.3) : Tinggi bersih : 809 cm,
Lebar bersih di tengah : 1080 cm, Lebar bersih di dasar : 1012 cm, Jari-jari lengkung atas : 540 cm, Jari-jari lengkung samping : 1080 cm,
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-3 Gambar 9.3 – Dimensi Penampang Melintang Terowongan
9.4. STRUKTUR BADAN TEROWONGAN
Struktur utama badan terowongan terbuat dari beton bertulang (Lining) setebal 30 cm, di bagian yang terdapat indikasi garis sesar, tebal beton = 50 cm. Antara beton lining dan tanah diberi perkuatan berupa shotcrete, rock bolt dan rangka baja profil H.
Gambar 9.4 – Komponen Struktur Badan Terowongan
Dimensi yang ditunjukkan dalam Gambar 8.3 adalah dimensi akhir setelah finishing. Ukuran galian harus lebih besar dengan memperhitungkan ketebalan lining dan shotcrete ditambah toleransi maksimum 13 cm dari bidang shotcrete.
Permukaan tanah lubang galian dilapisi dengan shotcrete sebagai perkuatan awal dan untuk membentuk lengkung-lengkung sesuai dengan dimensi yang diperlukan. Kemudian diberi lapisan shotcrete awal setebal 5 cm. Di permukaan shotcrete awal ini dipasang jaring kawat (wire mesh) Ø 6 mm dengan lubang bukaan 150 x 150 yang dilas, sambungan antar tepi jaring kawat baik horizontal
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-4 maupun vertikal dibuat overlap sepangjang minimal 15 cm.
Gambar 9.5 – Pemasangan Jaring Kawat (Wire Mesh)
Setelah itu lalu dipasang konstruksi perkuatan yang terbuat dari baja profil H-150 sebagaimana yang ditunjukkan dalam Gambar berikut :
Gambar 9.6 – Konstruksi Penguat Profil Baja H-150
Profil baja H-150 dipasang melengkung mengikuti lengkungan dinding terowongan menempel pada permukaan lapisan shotcrete awal. Jarak horizontal antar profil baja H-150 adalah 1.0 m. Setelah konstruksi penguat profil baja H-150 terpasang, dilakukan shotcrete ke 2 setebal 15 cm sehingga profil baja H-150 terkubur. Setelah itu dilakukan pemasangan rock bolts juga dengan jarak antara 1,0 m. Dengan demikian shotcrete, profil baja H-150 dan rock bolts menjadi satu kesatuan dan terjangkar ke lapisan batuan di sekeliling terowongan oleh rock bolts.
Setelah selesai pemasangan konstruksi pelindung dan penguat berupa shotcrete, profil baja H-150 dan rock bolts, dilanjutkan dengan pengecoran struktur utama badan terowongan berupa
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-5 lining beton bertulang setebal 30 cm. Di daerah tertentu dimana ditengarai adanya garis sesar, lining beton dipertebal menjadi 50 cm.
9.5. METODA PERHITUNGAN KESTABILAN
Untuk menghitung besarnya deformasi maksimum, tegangan geser, momen lentur dan faktor keamanan, digunakan software PLAXIS 2D 2017 yang mampu menganalisa deformasi, stabilitas dan aliran tanah dalam teknik Geoteknik.
Program dijalankan sesuai dengan tahapan dalam pelaksanaan konstruksi yaitu sejak dimulainya penggalian dan pemasangan sistem penyangga yang dilakukan secara bertahap.
Garis besar tahapan pelaksanaan konstruksi sebagai berikut :
Penggalian pertama-tama dilakukan untuk bagian atas terowongan. Kemudian dipasang sistem penyangga berupa shotcrete setebal 20 cm dan diperkuat dengan rockbolt Ø 25 mm sepanjang 4,0 m. Setelah selesai penggalian untuk bagian atas terowongan lengkap dengan pemasangan sistem penyengganya, dilanjutkan dengan penggalian untuk bagian bawah terowongan dilengkapi dengan sistem penyangga yang sama. Setelah itu dipasang lining akhir berupa lapisan beton setebal 30 cm. Rincian lengkap tahapan menjalankan program perhitungan dengan software PLAXIS 2D tersebut diatas adalah sebagai berikut :
Tahap 1 : Penggalian bagian atas,
Tahap 2 : Pengecekan Faktor Keamanan (SF), Tahap 3 : Pemasangan Shotcrete,
Tahap 4 : Pemasangan Rockbolt.
Tahap 5 : Pengecekan Faktor Keamanan (SF), Tahap 6 : Penggalian bagian bawah,
Tahap 7 : Pemasangan Shotcrete, Tahap 8 : Pemasangan Rockbolt.
Tahap 9 : Pengecekan Faktor Keamanan (SF), Tahap 10 : Pemasangan Lining Final.
Tahap 11 : Pengecekan Faktor Keamanan (SF), Tahap 12 : Pembebanan (Beban Hidup), Tahap 13 : Pengecekan Faktor Keamanan (SF),
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-6 9.5.1. PARAMETER YANG DIGUNAKAN
Parameter material sistem penyangga yang digunakan dalam perhitungan ditunjukkan dalam tabel berikut
Tabel 9.1 – Parameter Beton dan Rockbolt
Shotcrete EA kN/m 2.8 x 106 EI kN-m2/m 9.33 x 103 W kN/m/m 4.78 Concrete EA kN/m 14.7 x 106 EI kN-m2/m 2.479 x 105 W kN/m/m 16.59 Rock bolt E kN/m2 200000000 γ kN-m2 78 d m 0.25 A m2 0.049 I m4 0.0001917
Parameter batuan yang digunakan dalam perhitungan pemeriksaan kestabilan menggunakan parameter batuan dari titik pemboran BM 01, BM 03, BM 05, BM 07 dan BM 10. Jadi perhitungan kestabilan terowongan di lakukan di 5 titik sesuai lokasi BM tersebut diatas.
9.5.2. CONTOH PERHITUNGAN 1 DI LOKASI BM 01 9.5.2.1 PEMODELAN TEROWONGAN
Model awal PLAXIS 2D ditunjukkan pada Gambar 9.8. Tanah material berupa batu andesit yang di grouting tampak pada bagian ini. Batuan andesit dan grouting telah dSeitetapkan sebagai kondisi awal dalam model ini.
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-7 Gambar 9.8 – Penggalian Tahap 1 : Bagian Atas
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-8 Gambar 9.10 – Penggalian Tahap 2 : Bagian Bawah
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-9 Gambar 9.12 – Pemasangan Beton Lining
Gambar 9.13 – Pembebanan Kereta Api
620 KOP REL 66 1012 1088 460 Jalur evakuasi & inspeksi 90 215 215 90 1180 50 123 50 20 40 40 80 Saluran 40 x 80 cm
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-10 9.5.2.2 HASIL ANALISIS PLAXIS
Gambar 9.14 – Faktor Keamanan Penggalian Tahap 1 = 1.191
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-11 Gambar 9.16 – Faktor Keamanan Tahap Pemasangan Lining Akhir = 2.706
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-12 Gambar 9.18 – Total Displacemen pada tahap pembebanan (data BM 01)
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-13 Gambar 9.20 – Tekanan Efektif pada terowongan (data BM 01)
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-14 Gambar 9.22 – Gaya Axial Lining pada terowongan (data BM 01)
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-15 Gambar 9.24 – Momen Lining pada terowongan (data BM 01)
Dengan cara yang sama, dilakukan PERHITUNGAN dengan menggunakan parameter batuan dari Titik BM 03, 05, 07 dan 10. Semua perhitungan tersebut mengacu kepada AASHTO LRFD (2012).
Data dan hasil perhitungan lengkap diberikan dalam buku laporan tersendiri.
9.5.3. PERHITUNGAN TULANGAN 1. Data :
Lsegment = 5.00 m Linning T. = 0.30 m
Berdasarkan hasil dari software Plaxis 2D : Pmax = 3168 kN
Vmax = 2153 kN Mmax = 2684 kNm Mmin = -2757 kNm
Bab 9 – DESAIN TEROWONGAN 9-16
I. MATERIAL & DIMENSI ID :
Beton : ; f'c = Mpa Peruntukan Konstruksi :
Baja Tulangan : ; fy = Mpa Tipe Box Culvert : lubang (box)
Tebal Lining Beton : m
II. GAYA DAN MOMEN HASIL ANALISA
Mmax = kN.m/m Mmin = kN.m/m Vmax = kN/m Pmax = kN/m III. PENULANGAN Mmax = kN.m/m Muse = kN.m/m
Kontrol dengan metode perhitungan berdasarkan SNI
Tebal pelat : h = cm
Tebal penutup beton atas = bawah: p = cm Perkiraan diameter tulangan utama, dia1 = mm Perkiraan diameter tulangan bagi, dia2 = mm Tinggi efektif:d = h - p - (dia1/2) = m
d'/d =
M = =
b.d2 x 2
ρ min = material factor = *)menggunakan tulangan minimum, karena hanya berperan
ρ max = Ø = sebagai struktur tambahan
ρ bal = ρ req = ρ used = As = ρ x b x d = x x = mm2/m - = mm2/m As'= ρ' x b x d = x x = mm2/m - = mm2/m
As min = 50% x luas tulangan pokok
= x = mm2/m As 2 = mm 2 /m - = mm2/m Tulangan Geser Vu = kN/m Vc = 1/6 x √fc' x b x d = kN Ø Vc = 0.6 x Vc = kN Ø Vs = Vu - Ø Vc = kN Ø Vc/Vu = Vs = Vu = kN
Dipakai tul. Geser arah sejajar sb-Y
-Luas tulangan geser arah -y Av = mm2
Dipakai tul. Geser arah sejajar sb-X
-XI. REKAPITULASI PENULANGAN
Tulangan Utama -Tulangan Bagi -Tulangan Geser - / U-39 390.00 1 0 K300 24.90 Saluran Air 2757.0 2684.0 2153.0 3168.0 0.30 2757.0 0.36 2757.0 56,705 kN/m2 1 16 0.22 2757.0 30 7 19 0.0164 0.80 0.0218 #NUM! 0.0036 0.80 0.22 0.50 792 395.77 395.77 D 16 300 300 943.33 0.0018 1.0 0.2 395.77 D 19 300 943 0.0036 0.0036 1.0 0.2 791.54 D 19 2043 D 16 300 804.00 D 16 50 670 2153 183.38 110.03 2043 0.0511 D 16 D 16 300 D 19 300 300 300
